Sistema de monitoreo y control de un reactor bioelectroquímico para tratamiento de aguas residuales

Resumen

Los sistemas bioelectroquimicos (BES) corresponden a una tecnología con la cual es posible tratar aguas residuales y simultanéame generar energía en forma de electricidad o hidrogeno. El escalado de estos sistemas, además del uso de materiales industriales y de bajo costo, precisa la obtención y procesamiento en tiempo real de parámetros operacionales. Este requerimiento de información implica la implementación de sistemas de monitoreo y control (SMC) del proceso con los cuales se registren variables como caudales, tiempos de retención, concentraciones de sustratos, pH, T, conductividad, entre otras.

Este trabajo desarrolla un SMC para el análisis continuo de un reactor BES de dos compartimientos de volumen de 16000 cm³, operado con electrodos de grafito de 18 cm de longitud y 2 cm de diámetro, membrana de alcohol polivinílico y quitosano (PVA/CS).  El SMC integra componentes mecánicos, electrónicos y de control. Por lo cual, su desarrollo se realizó mediante análisis de flujo de procesos y selección de sensores de alta precisión y durabilidad, ideales para su integración en sistemas automatizados, garantizando un monitoreo continuo y fiable.  Los sensores seleccionados fueron el de oxígeno disuelto que opera en temperaturas de 1 − 50 °C y tiene un rango de medición de 0 - 50 mg/L, el sensor de conductividad eléctrica con un voltaje de operación 3.0 - 5VDC y un rango de medición de 0 - 20 ms/cm. A demás, en el SMC se acoplan sensores multiparamétricos como los de pH, temperatura, potencial de redox (ORP) y dispositivos de detección de gases. Adicionalmente se acoplan dispositivos y componentes relevantes del sistema susceptibles a automatizar como bombas, electroválvulas, módulos relays y transistores MOSFET para activar los actuadores, entre otros.

Las entradas para este proceso constan de sensores que miden las variables físicas y las transforman en señales eléctricas, las cuales serán leídas por un módulo lector y acondicionador de señales, que luego son procesadas por las tarjetas de control Raspberry Pi y Arduino Mega. EL SMC permite monitorear cada parámetro medido por los sensores, procesar y almacenar las señales para análisis futuros y realizar acciones en el reactor.

Adaptar SMC a BES permite optimizar parámetros de funcionamiento, lo cual contribuye a aumentar eficiencias en cuanto a recuperación de nutrientes y al tratamiento de aguas residuales, ofreciendo sistemas sostenibles para pequeñas y medianas explotaciones agropecuarias.